ZMIENNOŚĆ STĘŻENIA DITLENKU SIARKI I DITLENKU AZOTU NA POMORZU W ZALEŻNOŚCI OD WARUNKÓW METEOROLOGICZNYCH

WODA-ŚRODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE 2: t. z. specj. (14) WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS s. 93 6 www.imuz.edu.pl Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach, 2 ZMIENNOŚĆ STĘŻENIA DITLENKU SIARKI I DITLENKU AZOTU NA POMORZU W ZALEŻNOŚCI OD WARUNKÓW METEOROLOGICZNYCH Małgorzata CZARNECKA, Robert KALBARCZYK Akademia Rolnicza w Szczecinie, Katedra Meteorologii i Klimatologii Słowa kluczowe: elementy meteorologiczne, Pomorze, zanieczyszczenia gazowe S t r e s z c z e n i e Celem pracy była ocena zmienności stężenia ditlenku siarki i ditlenku azotu na Pomorzu w zależności od głównych elementów meteorologicznych. Zależność tę opisano za pomocą analizy korelacji oraz regresji pojedynczej i wielokrotnej, stosując program STATISTICA 6. W pracy uwzględniono dobowe wyniki stężenia SO 2 i NO 2 z dziesięciu stacji pomiarowych oraz wartości elementów meteorologicznych z lat 1993 22 ze stacji meteorologicznych IMGW, położonych najbliżej stacji imisyjnych. Stwierdzono, że na stężenie ditlenku siarki oddziałuje głównie temperatura powietrza oraz liczba dni z opadem dobowym, mm, natomiast na stężenie ditlenku azotu prędkość wiatru, liczba dni z opadem, mm oraz usłonecznienie rzeczywiste. Wpływ warunków meteorologicznych na stężenie SO 2 ujawnia się przede wszystkim zimą, podczas gdy na stężenie NO 2 głównie jesienią. WSTĘP Ditlenek siarki oraz ditlenek azotu to główne zanieczyszczenia, decydujące o jakości powietrza na Pomorzu, chociaż ich stężenie jest mniejsze niż w środkowej, a jeszcze bardziej niż w południowej części kraju [KICIŃSKA, 21a, b] Emisja obu zanieczyszczeń, szczególnie SO 2, wykazuje tendencję spadkową [Roczniki..., 1993 22; SKOTAK i in., 22], ale zmniejszenie zanieczyszczeń gazowych, Adres do korespondencji: dr hab. M. Czarnecka, prof. nadzw., Akademia Rolnicza, Katedra Meteorologii i Klimatologii, ul. Papieża Pawła VI nr 3, 71 469 Szczecin; tel. +48 (91) 42--277, e-mail: czarnecka@agro.ar.szczecin.pl

94 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. z. specj. (14) w porównaniu z pyłowymi, jest jeszcze nieduże, gdyż wynosi ok. 2% zanieczyszczeń wytworzonych, a na Pomorzu jeszcze znacznie mniej niż w średnio kraju [CZARNECKA, KALBARCZYK, 24]. Stężenie zanieczyszczeń zależy od wielkości emisji napływowej i lokalnej, warunków meteorologicznych oraz warunków topograficznych. Według KICIŃSKIEJ [21a], w północnej części Polski zwiększenie stężenia ditlenku siarki następuje głównie w warunkach adwekcji mas powietrza z sektora południowo-wschodniego, natomiast jego zmniejszenie, gdy napływa powietrze z północnego zachodu. Rola warunków meteorologicznych jest złożona, gdyż mogą one stanowić zarówno główny czynnik naturalnej wentylacji atmosfery, jak i czynnik transportu zanieczyszczeń nawet z odległych źródeł emisji [BIL, 21; NIEDŹWIEDŹ, USTRUL, 1989; SKRZYPSKI, 1998]. Z tych względów określenie zależności stężenia zanieczyszczeń od elementów meteorologicznych, zdaniem autorów Wykorzystania... [2] niezbędnym uzupełnieniem oceny sytuacji imisyjnej, stanowi przedmiot wielu analiz, na ogół o charakterze lokalnym [DRZENIECKA i in., 1999; KLE- NIEWSKA, 21; NOWICKA i in., 24; ROZBICKA, 24]. Celem niniejszej pracy jest próba oceny stężenia ditlenku siarki i ditlenku azotu od głównych elementów meteorologicznych standardowo mierzonych w ramach sieci stacji IMGW na terenie Pomorza z uwzględnieniem ich zmienności czasowej w czterech kalendarzowych porach roku. MATERIAŁ I METODY BADAŃ Podstawę opracowania stanowiły średnie dobowe wartości stężenia ditlenku siarki oraz ditlenku azotu, uzyskane w wyniku pomiarów wykonywanych przez Inspekcję Ochrony Środowiska w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska. Uwzględniono wyniki z lat 1993 22 z dziesięciu stacji pomiarowych, z których dziewięć znajduje się w miastach, a tylko jedna (w Łebie) poza miastem. Spośród elementów meteorologicznych uwzględniono temperaturę powietrza, usłonecznienie rzeczywiste, sumę opadów, liczbę dni z opadem, mm oraz prędkość wiatru, zebrane ze stacji IMGW, położonych najbliżej stacji imisyjnych. Dane dotyczące emisji obu zanieczyszczeń, obejmujące wyłącznie wyniki z zakładów szczególnie uciążliwych dla środowiska, pochodziły z Roczników... [1993 22]. We wszystkich przeprowadzonych w pracy analizach uwzględniono wartości dekadowe. Dlatego też zbiory danych wyjściowych z dziesięciu lat, dla każdej stacji, liczyły 3, 9 i 36 elementów, odpowiednio dla: miesięcy, pór kalendarzowych i roku. Do oceny średniego rocznego stężenia ditlenku siarki i ditlenku azotu wykorzystano obowiązującą normę z 22 r. [Rozporządzenie..., 22]. Wpływ warunków meteorologicznych na stężenie analizowanych zanieczyszczeń określono za pomocą analizy regresji oraz korelacji pojedynczej i wielokrotnej, na poziomach istotności: α =,1, α =, i α =,1. Wieloletnią zmienność

M. Czarnecka, R. Kalbarczyk: Zmienność stężenia ditlenku siarki... 9 stężenia zanieczyszczeń określono także za pomocą współczynnika zmienności losowej (w %), będącego ilorazem wartości średniej i odchylenia standardowego. WYNIKI BADAŃ Największe zanieczyszczenie powietrza ditlenkiem siarki i ditlenkiem azotu występuje w rejonach dużych aglomeracji miejsko-przemysłowych, szczególnie Gdyni i Gdańska (rys. 1). Stężenie NO 2 jest wyraźnie większe niż SO 2, średnie roczne na ogół dwukrotnie, a sezonowe często nawet pięciokrotnie. Najmniejsze i najmniej zróżnicowane sezonowo stężenie obu zanieczyszczeń stwierdzono w rejonie pozamiejskiej stacji w Łebie. Średnie roczne stężenie ditlenku siarki na Pomorzu wynosi od 4 do 12 μg m 3, a ditlenku azotu od do 2 μg m 3, czyli stanowi odpowiednio od ok. 13 do 4% oraz od 13 do 63% aktualnie obowiązującej dopuszczalnej wartości rocznej [Rozporządzenie..., 22]. Wyraźniejszą strukturę sezonową przejawia stężenie SO 2. W czasie kalendarzowej zimy (XII II) imisja tego gazu jest bowiem co najmniej dwukrotnie, a w dużych miastach nawet trzy- i czterokrotnie większa niż latem (VI VIII). Przeciętnie większe stężenie NO 2 również zdarza się zimą, a mniejsze latem, jednak różnice w sezonach są dużo mniejsze. W okresie zimowym przeciętnie największe stężenie ditlenku azotu, wynoszące nawet ponad 2 μg m 3, występuje w Pile. Dobowe stężenie ditlenku siarki w przeważającej liczbie przypadków wynosi poniżej μg m 3 (rys. 2). Udział stężeń w zakresie μg m 3 wykazuje skokowe zmniejszenie częstości do około 18%, a w zakresie od do 1 μg m 3 do ok. %. Stężenie występowania drugiego z omawianych gazów najczęściej zmienia się od do 1 μg m 3, ale prawie równie często także od 1 do 2 μg m 3. Ta odmienna struktura dobowych wartości stężenia analizowanych zanieczyszczeń na Pomorzu jest charakterystyczna dla całego kraju [SKOTAK i in., 22]. Wieloletnia zmienność stężeń ditlenku siarki jest wyraźnie większa niż ditlenku azotu (tab. 1). Współczynniki zmienności losowej rocznych oraz sezonowych stężeń NO 2 wynoszą na ogół poniżej %, podczas gdy SO 2 przeważnie co najmniej dwukrotnie więcej. Zdecydowanie największą zmienność stężenia ditlenku siarki w latach 1993 22 zanotowano w Gorzowie Wlkp. oraz Elblągu, gdzie współczynniki zmienności losowej w niektórych porach roku przekraczają nawet 2%. Na podstawie analizy regresji liniowej (tab. 1) można stwierdzić zmniejszenie stężenia analizowanych zanieczyszczeń gazowych w wielu miastach Pomorza. Nieco więcej statystycznie istotnych wyników uzyskano w odniesieniu do ditlenku azotu, ale współczynniki determinacji odnoszące się do ditlenku siarki są z reguły znacznie większe. Spadkowa tendencja stężenia obu zanieczyszczeń, nie tylko w skali całego roku, ale także we wszystkich sezonach, występuje w Gorzowie Wlkp. oraz Koszalinie. W Gorzowie Wlkp. imisja SO 2 najbardziej zmniejszyła się

96 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. z. specj. (14) 2 2 1 BYDGOSZCZ 2 2 1 ELBLĄG Stężenie, μg m 3 Concentration, μg m 3 2 2 1 2 2 1 2 2 1 GDAŃSK GORZÓW WLKP. ŁEBA 2 2 1 2 2 1 2 2 1 GDYNIA KOSZALIN 27 PIŁA 2 2 1 SŁUPSK 2 2 1 SZCZECIN SO 2 NO 2 Rys. 1. Średnie sezonowe oraz roczne stężenie SO 2 i NO 2 (lata 1993 22) Fig. 1. Average seasonal and annual concentrations of sulfur dioxide and nitrogen dioxide (years 1993 22)

M. Czarnecka, R. Kalbarczyk: Zmienność stężenia ditlenku siarki... 97 % 7 6 4 3 2 - - -1 1-2 2-2 2-3 3-3 3-4 4-4 4- μg m 3 SO 2 NO 2 Rys. 2. Częstość przyjętych zakresów dobowych stężenia SO 2 i NO 2 na Pomorzu (lata 1993 22) Fig. 2. The frequency of adopted 24 hour ranges of sulfur dioxide and nitrogen dioxide concentrations in Pomerania (years 1993 22) zimą, natomiast w Koszalinie latem. Z kolei bardzo duże zmniejszenie stężenia NO 2 we wszystkich sezonach obserwuje się w Gdyni. Poprawa jakości powietrza w Szczecinie wynika z malejącej tendencji stężenia tego gazu, a zimą i latem także ditlenku siarki. Przeprowadzono statystyczną analizę zmienności stężenia obu zanieczyszczeń w zależności od głównych elementów meteorologicznych (tab. 2 4). Więcej statystycznie istotnych wyników stwierdzono w odniesieniu do ditlenku siarki, ale stężenie obu zanieczyszczeń determinowała najczęściej temperatura powietrza, a w następnej kolejności suma opadów oraz prędkość wiatru; ich oddziaływanie ujawniło się głównie w półroczu chłodnym. Wzrost temperatury powietrza w czasie zimy, wiosny oraz jesieni jednoznacznie przyczyniał się do zmniejszenia stężenia obu gazów, natomiast powodował zwiększenie ich imisji w czasie lata (tab. 2). Niekorzystne oddziaływanie wysokiej temperatury powietrza na stężenie charakteryzowanych zanieczyszczeń w okresie kalendarzowego lata potwierdzają także wyniki odnoszące się do usłonecznienia rzeczywistego. Większe współczynniki determinacji uzyskane dla ditlenku azotu mogą odzwierciedlać zagrożenie epizodami smogu typu fotochemicznego w warunkach słonecznej pogody wyżowej, gdy natężenie ruchu komunikacyjnego jest duże. Dla wszystkich statystycznie istotnych wyników korelacji stężenia analizowanych zanieczyszczeń z warunkami opadowymi uzyskano ujemne znaki, co świadczy o korzystnej roli opadów atmosferycznych w procesach samooczyszczania atmosfery. Zmienność stężenia ditlenku siarki w ciągu roku oraz w czasie wiosny częściej wyjaśniały sumy opadów, natomiast w okresie zimy częściej i lepiej

Tabela. 1. Współczynniki zmienności Vs (%) i współczynniki determinacji R 2 (%) trendu liniowego stężenia SO 2 i NO 2 (lata 1993 2) Table 1. Variability coefficients Vs (%) and coefficients of determination R 2 (%) of the linear regression of sulfur dioxide and nitrogen dioxide concentrations (years 1993 22) Stacja Station Rodzaj Okres Period Rok Year zanieczyszczeń XII II III V VI VIII IX XI I XII Kind of pollution Vs R2 Vs R2 Vs R2 Vs R2 Vs R2 Bydgoszcz SO 2 84 ( ) 2,3*** 79 n.i. 69 ( ) 21,8*** 9 ( ) 28,*** 79 ( ) 23,9*** NO 2 27 n.i. 2 n.i. 26 n.i. 24 n.i. 2 n.i. Elbląg SO 2 78 ( ) 2,9*** 136 ( ) 31,1*** 217 n.i. 191 ( ),3** 136 ( ) 31,1*** NO 2 2 (+) 7,6*** 2 n.i. 26 ( ) 1,1*** 23 ( ) 8,9*** 2 n.i. Gdańsk SO2 7 ( ) 24,6*** 66 ( ) 19,*** 2 n.i. 6 ( ) 7,7*** 66 ( ) 19,*** NO2 27 (+) 3,1* 3 ( ) 3,3* 27 ( ) 7,9*** 3 ( ) 12,6*** 3 ( ) 3,3* Gdynia SO 2 69 ( ) 8,*** 67 n.i. 83 n.i. 84 n.i. 67 n.i. NO2 46 ( ) 28,1*** 46 ( ) 42,6*** 48 ( ) 46,6*** 48 ( ) 2,2*** 46 ( ) 42,6*** Gorzów Wlkp. SO2 112 ( ) 8,*** 166 ( ) 34,6*** 161 ( ) 29,9*** 191 ( ) 23,8*** 166 ( ) 34,6*** NO 2 4 ( ) 14,4*** 39 ( ) 9,*** 34 ( ) 32,1*** 43 ( ) 19,6*** 39 ( ) 9,*** Koszalin SO 2 74 ( ) 38,*** 99 ( ) 28,2*** 83 ( ) 49,1*** 79 ( ) 42,9*** 99 ( ) 28,2*** NO2 3 ( ) 14,9*** 3 ( ) 13,*** 4 ( ) 24,*** 34 ( ) 18,7*** 3 ( ) 13,*** Łeba SO 2 81 ( ) 9,9*** 72 n.i. 4 n.i. 8 n.i. 72 n.i. NO2 44 ( ) 8,4*** 69 n.i. 3 ( ) 7,2** 2 n.i. 69 n.i. Piła SO 2 74 n.i. 78 n.i. 6 (+) 22,3*** 67 (+) 6,7** 78 n.i. NO 2 38 ( ) 13,6*** 41 ( ) 12,9*** 34 ( ) 14,7*** 29 ( ),2** 41 ( ) 12,9*** Słupsk SO 2 79 ( ) 38,2*** 81 n.i. 38 n.i. 87 ( ),9*** 81 n.i. NO2 32 n.i. 24 n.i. 26 n.i. 43 ( ) 7,6** 24 n.i. Szczecin SO 2 71 ( ) 19,7*** 81 n.i. 131 (+) 29,3*** 139 n.i. 81 n.i. NO2 44 ( ) 19,4*** ( ) 12,*** 31 ( ) 8,1** 38 ( ) 14,9*** ( ) 12,*** Objaśnienia: ( ) trend ujemny, (+) trend dodatni, * istotny dla α =,, ** istotny dla α =,, *** istotny dla α =,1, n.i. nieistotny. Explanations: ( ) negative trend, (+) positive trend, * significant at α =., ** significant at α =., *** significant at α =.1, n.i. non significant.

Tabela 2. Współczynniki determinacji (%) zależności liniowej między stężeniem SO 2 i NO 2 a warunkami solarno-termicznymi (lata 1993 22) Table 2. Coefficients of determination (%) for the linear relationship between the concentration of sulfur dioxide and nitrogen dioxide and the real solar radiation and air temperature (years 1993 22) Stacja Station Współczynnik w okresie Coefficients in the period Rok Year XII II III V VI VIII IX XI I XII SO2 NO 2 SO 2 NO 2 SO 2 NO 2 SO 2 NO 2 SO 2 NO 2 Suma usłonecznienia rzeczywistego, h Duration of solar radiation, h Bydgoszcz (+) 8,8*** n.i. ( ) 7,7*** n.i. (+),3*** (+),2** ( ) 3,6* ( ) 3,4* ( ) 7,7*** n.i. Elbląg n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. Gdańsk (+) 4,3** n.i. n.i. n.i. n.i. (+) 4,9** ( ) 12,6*** n.i. n.i. n.i. Gdynia (+) 6,2** (+) 4,6* n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 3,2* n.i. n.i. Gorzów Wlkp. n.i. ( ) 4,1* n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. Koszalin n.i. n.i. ( ),9** n.i. n.i. (+),3** ( ) 3,4* ( ) 16,9*** ( ),9** ( ) 3,4* Łeba n.i. n.i. n.i. ( ) 3,4* n.i. n.i. ( ) 4,4* ( ) 3,9* n.i. n.i. Piła n.i. n.i. ( ) 4,2* n.i. n.i. n.i. ( ) 11,2*** ( ) 7,1** ( ) 4,2* ( ) 6,6** Słupsk n.i. n.i. n.i. ( ) 6,6** n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. Szczecin n.i. n.i. ( ) 7,6** n.i. n.i. (+) 18,7*** n.i. n.i. ( ) 7,6** n.i. Temperatura powietrza, C Air temperature, C Bydgoszcz ( ) 3,4*** ( ) 12,*** ( ) 23,2*** n.i. n.i. (+) 8,1*** ( ) 24,2*** n.i. ( ) 23,2*** n.i. Elbląg ( ) 14,8*** ( ) 18,9*** ( ) 11,*** ( ) 9,7*** n.i. n.i. n.i. ( ) 12,** ( ) 11,*** ( ) 9,7*** Gdańsk ( ) 34,2*** ( ) 11,9*** ( ) 4,7** ( ) 3,* (+) 6,7** (+) 8,8*** ( ) 44,2*** n.i. ( ) 4,7** ( ) 3,* Gdynia ( ) 32,6*** ( ) 4,7* ( ),1*** n.i. n.i. n.i. ( ) 21,8*** n.i. ( ),1*** n.i. Gorzów Wlkp. ( ),2*** n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 9,9*** ( ) 21,2*** n.i. n.i. Koszalin ( ) 12,7*** ( ),** ( ) 13,*** n.i. n.i. n.i. ( ) 1,4*** ( ),7** ( ) 13,6*** n.i. Łeba ( ) 3,*** n.i. ( ) 12,8*** n.i. n.i. (+) 16,1*** ( ) 28,7*** ( ) 4,8*** ( ) 12,8*** n.i. Piła ( ) 48,7*** n.i. ( ) 17,1*** ( ) 6,** (+) 4,3* n.i. ( ) 32,2*** ( ) 14,*** ( ) 17,1*** ( ) 6,** Słupsk ( ),9*** ( ) 21,9*** ( ),2*** ( ) 8,8*** n.i. n.i. ( ) 19,3*** ( ) 24,*** ( ),2*** ( ) 8,9*** Szczecin n.i. n.i. ( ),*** ( ) 9,4*** n.i. (+),9**** ( ) 7,2** n.i. ( ),*** ( ) 9,4*** Objaśnienia: ( ) zależność ujemna, (+) zależność dodatnia, inne jak pod tabelą 1. Explanations: ( ) negative relationship, (+) positive relationship, other as in Tab. 1.

Tabela 3. Współczynniki determinacji (%) zależności liniowej między stężeniem SO 2 i NO 2 a warunkami opadowymi (lata 1993 22) Table 3. Coefficients of determination (%) for the linear relationship between the concentration of sulfur dioxide and nitrogen dioxide and precipitation (years 1993 22) Stacja Station Współczynnik w okresie Coefficients in the period Rok Year XII II III V VI VIII IX XI I XII SO2 NO 2 SO 2 NO 2 SO 2 NO 2 SO 2 NO 2 SO 2 NO 2 Suma opadów atmosferycznych, mm Precipitation, mm Bydgoszcz ( ) 8,*** n.i. n.i. n.i. ( ) 4,* n.i. ( ),9** n.i. ( ),1*** n.i. Elbląg ( ) 4,9* ( ),3** ( ) 6,6** ( ),3** n.i. n.i. n.i. ( ) 3,* ( ) 6,6*** ( ) 6,7** Gdańsk ( ) 3,8* ( ) 6,8** ( ) 1,1*** n.i. ( ) 3,4* n.i. ( ) 9,8*** n.i. ( ) 1,1*** n.i. Gdynia ( ) 6,7** ( ) 9,9*** ( ) 3,6* n.i. n.i. n.i. ( ),2** n.i. ( ) 3,6* n.i. Gorzów Wlkp. n.i. n.i. ( ) 6,8** n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 3,6* ( ) 6,8** ( ) 6,7** Koszalin n.i. n.i. ( ) 4,4** n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 4,4** n.i. Łeba n.i. n.i. ( ) 9,7*** n.i. n.i. n.i. ( ) 11,1*** ( ) 11,8*** ( ) 9,7*** n.i. Piła ( ) 16,*** ( ) 4,1* n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 3,2* ( ) 4,2* n.i. n.i. Słupsk n.i. n.i. ( ) 3,* n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 3,* n.i. Szczecin n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 4,4* ( ) 4,* n.i. n.i. n.i. Liczba dni z opadem, mm Number of days with precipitation above. mm Bydgoszcz ( ) 9,2*** n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 4,4** ( ) 8,1*** ( ) 6,6** n.i. n.i. Elbląg ( ) 6,8** n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 8,1*** n.i. n.i. Gdańsk ( ),2** ( ) 7,2** ( ) 13,8*** ( ) 4,4** ( ) 6,** n.i. ( ) 7,8*** ( ) 3,* ( ) 13,8*** ( ) 4,4** Gdynia ( ),*** ( ) 9,7*** ( ) 4,2* n.i. n.i. n.i. ( ) 3,4* ( ),7** ( ) 4,2* n.i. Gorzów Wlkp. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 6,7** n.i. n.i. Koszalin ( ) 3,8* n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. Łeba ( ) 4,4* ( ) 4,* ( ) 7,7** n.i. n.i. ( ) 12,9*** ( ) 7,7** ( ) 4,2* ( ) 7,3** n.i. Piła ( ) 2,*** ( ) 3,1* n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. Słupsk n.i. ( ) 7,8** n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. Szczecin n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 17,*** ( ) 6,8** ( ) 9,1*** n.i. n.i. Objaśnienia jak pod tabelą 2. Explanations as in Tab. 2.

Tabela 4. Współczynniki determinacji (%) zależności liniowej między stężeniem SO2 i NO 2 a prędkością wiatru (lata 1993 2) Table 4. Coefficients of determination (%) for the linear relationship between the concentration of sulfur dioxide and nitrogen dioxide and wind velocity (years 1993 2) Stacja Station XII II Współczynnik w okresie Coefficients in the period Rok Year III V VI VIII IX XI I XII SO2 NO 2 SO 2 NO 2 SO 2 NO 2 SO 2 NO 2 SO 2 NO 2 Bydgoszcz ( ) 21,6*** ( ) 11,7*** n.i. ( ),6*** n.i. ( ) 3,7* n.i. n.i. n.i. n.i. Elbląg ( ) 14,7*** ( ) 34,1*** n.i. ( ) 9,3** n.i. ( ) 4,3* n.i. ( ) 4,6* ( ) 8,9** n.i. Gdańsk ( ),*** n.i. n.i. n.i. ( ) 14,1*** ( ),6*** n.i. n.i. n.i. n.i. Gdynia ( ) 23,*** ( ) 13,*** n.i. n.i. n.i. ( ) 11,4*** n.i. n.i. n.i. ( ) 4,* Gorzów Wlkp. ( ) 4,8* n.i. ( ) 9,7*** n.i. n.i. n.i. ( ) 7,8** n.i. ( ) 27,1*** n.i. Koszalin ( ) 2,3*** n.i. n.i. ( ) 8,1** n.i. n.i. n.i. ( ) 7,2** n.i. ( ) 11,*** Łeba ( ) 13,*** ( ) 6,9** ( ) 7,1** n.i. ( ),6* ( ) 21,8*** ( ) 12,7*** ( ) 12,1*** ( ) 7,7** (+) 9,1** Piła ( ),8** n.i. n.i. n.i. ( ) 9,7*** n.i. n.i. ( ) 12,3*** n.i. n.i. Słupsk ( ) 8,** ( ) 22,9*** n.i. ( ) 6,* n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. Szczecin n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. ( ) 22,2*** n.i. ( ) 9,** n.i. n.i. Objaśnienia jak pod tabelą 2. Explanations as in Tab. 2.

2 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. z. specj. (14) liczba dni z opadem, mm. Najwięcej statystycznie istotnych współczynników determinacji zależności stężenia ditlenku azotu od liczby dni z opadem uzyskano dla okresu jesiennego. O efektywności opadów w usuwaniu zanieczyszczeń gazowych z powietrza decyduje ich częstość, w mniejszym zaś stopniu ich wielkość (tab. 3). Korelacja stężenia SO 2 i NO 2 z prędkością wiatru ujawniła prawie wyłącznie pozytywną rolę tego elementu, jako podstawowego czynnika naturalnej wentylacji powietrza (tab. 4). Korzystne oddziaływanie wzrostu prędkości wiatru na kształtowanie wielkości imisji odnosi się do obu zanieczyszczeń. Wpływ prędkości wiatru na stężenie ditlenku siarki jest jednak największy w okresie zimy, szczególnie w Koszalinie, Gdyni i Bydgoszczy, natomiast statystycznie istotne zmniejszenie stężenia ditlenku azotu stwierdzono we wszystkich porach roku. Analiza regresji wielokrotnej, z wykorzystaniem procedury krokowej, umożliwiła wytypowanie najważniejszych elementów meteorologicznych istotnie kształtujących sezonową i roczną wielkość imisji obu zanieczyszczeń w skali całego Pomorza (rys. 3). Współczynniki determinacji równań nie są duże. W skali całego roku wytypowane główne elementy pogody wyjaśniały ok. 2% zmienności stężenia SO 2 i jedynie ok. 11% NO 2, a w poszczególnych porach roku od 11 do 2% w odniesieniu do pierwszego z tych gazów i od do 13% drugiego. O ile jednak największy wpływ wytypowanych elementów pogody na stężenie ditlenku siarki udowodniono w odniesieniu do zimy, to ditlenku azotu w odniesieniu do jesieni. Tylko w okresie kalendarzowego lata warunki meteorologiczne wywierały większy wpływ na imisję NO 2 niż SO 2. Uzyskane małe wartości współczynnika determinacji nie przesądzają o niewielkiej roli warunków meteorologicznych w dyspersji zanieczyszczeń, ale zapewne wynikają z przyjętego zestawu danych z zakresu warunków pogodowych. W pracy uwzględniono przede wszystkim wyłącznie wyniki standardowych pomiarów meteorologicznych, wśród których nie było najważniejszych czynników dynamicznych, opisujących dyfuzję zanieczyszczeń w atmosferze, czyli stanów równowagi, a także danych o typach cyrkulacji. Z konieczności analiza oparta była na dekadowych wartościach korelowanych zmiennych, co w związku z bardzo dużą zmiennością stanowi znaczne uproszczenie i uniemożliwia ocenę oddziaływania konkretnych sytuacji pogodowych na koncentrację lub rozpraszanie zanieczyszczeń [BIL, 21; NIEDŹWIEDŹ, USTRUL, 1989]. Poza tym nie bez znaczenia dla ścisłości ocenianych związków jest także fakt, że o ile dane dotyczące imisji zebrano w warunkach miejskich, to dane meteorologiczne w stacjach usytuowanych w terenie otwartym. Z powyższych względów otrzymane wyniki można uznać za zadowalające, zwłaszcza, że celem opracowania nie było prognozowanie stężenia zanieczyszczeń. Procentowy udział wytypowanych elementów meteorologicznych w wyjaśnianiu zmienności charakteryzowanych zanieczyszczeń gazowych na Pomorzu, opisany współczynnikami determinacji cząstkowej (rys. 3), generalnie potwierdza wyni-

M. Czarnecka, R. Kalbarczyk: Zmienność stężenia ditlenku siarki... 3 12,8 XII-II R 2 = 24,7% XII-II R 2 = 7,9% Współczynnik determinacji cząstkowej, % Partial determination coefficient, % III-V R 2 =,9% VI-VIII R 2 = 11,2% IX-XI R 2 = 13,6% I-XII 22, R 2 = 24,6% III-V R 2 = 4,7% VI-VIII R 2 = 7,8% (+) IX-XI R 2 = 13,3% I-XII R 2 = 11,4% SO 2 NO 2 Rys. 3. Współczynniki determinacji cząstkowej zależności stężenia ditlenku siarki i ditlenku azotu od głównych elementów meteorologicznych (lata 1993 2); U usłonecznienie rzeczywiste, T temperatura powietrza, L liczba dni z opadem, mm, V prędkość wiatru, R 2 współczynnik determinacji kompleksu elementów meteorologicznych Fig. 3. Partial determination coefficients (%) for the relationship between sulfur dioxide and nitrogen dioxide concentrations and the main meteorological elements (years 1993 2); U actual solar radiation, T air temperature, L the number of days with precipitation. mm, V wind velocity, R 2 determination coefficient of the complex of meteorological elements

4 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. z. specj. (14) ki regresji pojedynczej dla poszczególnych stacji. Zdecydowanie największy udział w wyjaśnianiu zmienności stężenia ditlenku siarki miała temperatura powietrza, co wykazało już wielu autorów, a w następnej kolejności liczba dni z opadem, mm. Stężenie ditlenku azotu warunkowały natomiast przeważnie prędkość wiatru, usłonecznienie rzeczywiste oraz częstość opadów dobowych, mm, przede wszystkim jesienią. Ujemne współczynniki regresji świadczą, że zwiększenie wartości niemal wszystkich wytypowanych elementów meteorologicznych przyczyniało się do zmniejszenia stężenia obu zanieczyszczeń. Jedynie wyższa temperatura powietrza w okresie lata, w skali całego Pomorza, niekorzystnie oddziaływała na wielkość imisji ditlenku azotu, wywołując zwiększenie stężenia tego gazu. Natomiast usłonecznienie rzeczywiste, którego zwiększenie zimą i latem w kilku stacjach przyczyniło się do zwiększenia stężenia obu zanieczyszczeń, w skali Pomorza odegrało generalnie pozytywną rolę w zmniejszaniu imisji ditlenku azotu, zwłaszcza jesienią. Mając na uwadze kształtowanie wielkości imisji zanieczyszczeń nie tylko warunkami meteorologicznymi, ale także wielkością emisji tych zanieczyszczeń, podjęto próbę włączenia tego elementu do zbioru zmiennych, opisujących stężenie badanych gazów. Ponieważ jedynymi dostępnymi wynikami dotyczącymi emisji są wartości roczne, w tej części analizy zbiory danych obejmowały po elementów ( lat x stacji). Równania regresji wielokrotnej dotyczące obu zanieczyszczeń mają postać: y SO2 = 17,19 *** +,44E SO2 *** 1,462T *** R 2 = 4,4% (3,2) (11,6) y NO2 = 16,969 *** + 1,741E NOx *** (14,3) R 2 = 14,3% W nawiasach, pod zmiennymi objaśniającymi podano wartości współczynnika determinacji cząstkowej w %. Oznaczenia istotności współczynników regresji identyczne jak w tabeli 1. W tym podejściu statystycznie istotny, zasadniczy wpływ na wielkość stężenia ditlenku siarki na Pomorzu miała wielkość emisji, natomiast temperatura powietrza około trzykrotnie mniejszy. Obie zmienne poprawiły opis zmienności stężenia tego gazu w stosunku do uzyskanego tylko za pomocą warunków meteorologicznych (współczynnik determinacji wynosi ok. 4%). Wielkość emisji wyczerpuje statystycznie istotny opis zmienności ditlenku azotu w tym zestawie elementy meteorologiczne okazały się nieistotne, a współczynnik determinacji jest podobny, jak wówczas, gdy uwzględnia się wyłącznie kompleks elementów meteorologicznych. Z pewnością na uzyskane wyniki rzutował szacunkowy charakter danych dotyczących emisji oraz ograniczenie się do zakładów szczególnie uciążliwych dla środowiska. Dlatego też wykorzystane materiały GUS lepiej charakteryzowały emisję SO 2, natomiast NO 2 w ograniczonym zakresie, gdyż nie uwzględniały emisji z tak

M. Czarnecka, R. Kalbarczyk: Zmienność stężenia ditlenku siarki... ważnych w mieście powierzchniowych źródeł, jak ulice i małe zakłady przemysłowe. Ponadto GUS podaje jedynie dane dotyczące tlenków azotu ogółem. WNIOSKI 1. Na Pomorzu największe stężenie głównych zanieczyszczeń gazowych występuje przeciętnie w czasie kalendarzowej zimy (XII II), a najmniejsze latem (VI VIII), przy czym wyraźną (dwu- i trzykrotną) przewagę stężeń zimowych nad letnimi ma ditlenek siarki. 2. Średnie stężenie ditlenku azotu jest co najmniej dwukrotnie większe niż ditlenku siarki, a średnie dobowe kształtują się na ogół w zakresie od do 2 μg m 3, podczas gdy stężenie SO 2, w przeważającej większości przypadków, nie przekracza μg m 3. 3. W latach 1993 22, w wielu miastach Pomorza stwierdzono statystycznie istotny ujemny trend rocznych i sezonowych wartości stężenia ditlenku siarki i ditlenku azotu, przy czym największy w odniesieniu do obu zanieczyszczeń w Gorzowie Wlkp. i Koszalinie, a NO 2 w Gdyni. 4. Największy wpływ spośród głównych elementów meteorologicznych na stężenie ditlenku siarki ma temperatura powietrza oraz liczba dni z opadem dobowym, mm, natomiast na stężenie ditlenku azotu prędkość wiatru, liczba dni z opadem, mm oraz usłonecznienie rzeczywiste.. Wpływ warunków meteorologicznych na stężenie SO 2 występuje przede wszystkim zimą, podczas gdy na stężenie NO 2 głównie jesienią. LITERATURA BIL G., 21. Ocena zmian klimatu Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego pod względem możliwości rozpraszania zanieczyszczeń powietrza. Pr. St. Geogr. UW t. 29 s. 261 27. CZARNECKA M., KALBARCZYK R., 24. Zanieczyszczenie powietrza emisja (I i II) i imisja (I i II). W: Atlas zasobów i zagrożeń klimatycznych Pomorza. Pr. zbior. Red. Cz. Koźmiński, B. Michalska. Szczecin: AR s. 18 21. DRZENIECKA A., PEREYMA J., PYKA J. L., SZCZUREK A., 1999. Wpływ warunków meteorologicznych na stężenie zanieczyszczeń powietrza w Śródmieściu Wrocławia. Chemia Inż. Ekolog. t. 7 z. 8 9 s. 86 881. KICIŃSKA B., 21a. Wpływ cyrkulacji atmosferycznej na stężenie dwutlenku siarki w Polsce. Pr. St. Geogr. UW t. 28 s. 223 233. KICIŃSKA B., 21b. Zanieczyszczenia powietrza dwutlenkiem siarki i dwutlenkiem azotu. W: Atlas klimatycznego ryzyka uprawy roślin w Polsce. Pr. zbior. Red. Cz. Koźmiński, B. Michalska. Szczecin: AR, USzczec. s. 8. KLENIEWSKA M., 21. Wyniki badań zależności dwutlenku siarki od kierunku i prędkości wiatru w Warszawie Ursynowie. Prz. Nauk. Inż. Kształt. Środ. z. 21 s. 187 194. NOWICKA A., RYNKIEWICZ I., DRAGAŃSKA E., PANFIL M., 24. Wpływ elementów meteorologicznych na stan zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego w Olsztynie. Prz. Nauk. Inż. Kształt. Środ. 13(28) s. 126 132.

6 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. z. specj. (14) NIEDŹWIEDŹ T., USTRUL Z., 1989. Wpływ sytuacji synoptycznej na występowanie nad Górnośląskim Okręgiem Przemysłowym typów pogody sprzyjających koncentracji lub rozpraszaniu zanieczyszczeń powietrza. Wiad. IMGW t. 12 z. 1 2 s. 31 37. Rocznik statystyczny. Ochrona środowiska, 1993 22. Warszawa: GUS. ROZBICKA K., 24. Wstępne wyniki badań nad stężeniem tlenków azotu NO x (NO, NO 2 ) w powietrzu w Warszawie Ursynowie. Prz. Nauk. Inż. Kształt. Środ. 13(28) s. 14 11. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia.12.22 r. w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu. Dz.U. 23 nr 1 poz. 12. SKOTAK K., IWANEK J., MITOSEK G., PRZĄDKA Z., 22. Zanieczyszczenie powietrza w Polsce w 21 roku na podstawie pomiarów krajowej sieci stacji podstawowych. Bibl. Monitoringu Środ. Warszawa: Insp. Ochr. Środ ss. 141. SKRZYPSKI J., 1998. Zmiany cyrkulacji atmosferycznej i warunków meteorologicznych sezonu zimowego jako czynniki kształtujące imisję zanieczyszczeń powietrza w dużych miastach (na przykładzie Łodzi). Chemia Inż. Ekolog. t. z. 6 s. 473 489. Wykorzystanie danych meteorologicznych w monitoringu jakości powietrza podstawy fizyczne i wskazówki metodyczne, 2. Pr. zbior. Red. J. Walczewski. Bibl. Monitoringu Środ. Warszawa: Insp. Ochr. Środ. ss. 12. Małgorzata CZARNECKA, Robert KALBARCZYK VARIABILITY OF SULFUR DIOXIDE AND NITROGEN DIOXIDE CONCENTRATIONS IN POMERANIA IN RELATION TO METEOROLOGICAL CONDITIONS Key words: gaseous pollution, meteorological elements, Pomerania S u m m a r y The aim of the study was to assess variability of concentrations of sulfur dioxide and nitrogen dioxide in relation to main meteorological factors. This relationship was described by correlation analysis and linear and multiple regressions using the STATISTICA 6 software. 24 hour concentrations of SO 2 and NO 2 from ten measurement stations and meteorological factors gathered at IMGW meteorological stations closest to the immission stations in the period 1993 to 22 were taken for the analysis. Air temperature and the number of days with 24 hour precipitation of. mm were found to mainly affect the concentrations of sulfur dioxide, whereas the wind velocity, the number of days with 24 hour precipitation of. mm and real solar radiation influenced the concentrations of nitrogen dioxide. The effect of meteorological conditions on the concentrations of sulfur dioxide was particularly visible in winter, while the concentrations of nitrogen dioxide were affected by meteorological conditions mainly in autumn. Recenzenci: prof. dr hab. Marian Rojek prof. dr hab. Jacek Żarski Praca wpłynęła do Redakcji 21.4.2 r.